ЗАТВОР БАЙОНЕТНЫЙ

Изобретение относится к области машино- и аппаратостроения, в частности к быстроразъемным соединениям для запирания крышек сосудов, аппаратов и днищ, концевых и тупиковых участков трубопроводов, работающих под давлением, эксплуатация которых связана с частыми открытием и закрытием, обеспечивая высокую надежность, герметичность и сравнительно быстрое открытие и закрытие крышек и днищ.

Изобретение может быть использовано в нефтегазовой, нефтехимической, химической промышленности и других отраслях для обеспечения быстрого периодического доступа во внутреннюю полость сосудов и аппаратов, работающих под давлением, - камер запуска и приема поточных средств в трубопроводы, фильтров - грязеуловителей, люков - лазов и др. в штатном режиме работы и при проведении обслуживания, ремонта и диагностического осмотра.

Известен концевой затвор (рекламный лист фирмы KAUTZ Vorrich-tungsbau GmbH - Германия, www.kautz-gmbh.de), содержащий полый корпус и откидную крышку. Поджатие крышки к корпусу осуществляется с помощью байонетного соединения с прямоугольной многозаходной резьбой. Крышка закреплена на откидном рычаге, на шаровой опоре. Поворот крышки вокруг оси происходит за счет взаимодействия ключа-шестерни, установленного на закрепленную на корпусе ось, с зубчатым сектором, закрепленным на крышке.

Недостатки:

- у основания зубьев крышки и корпуса создается концентрация напряжений, значительно превышающих их значения к вершине зуба. Поэтому не исключена вероятность возникновения трещин и (или) раскрытие соединения от нагружения зубьев при затягивании крышки и резком изменении давления рабочей среды в эксплуатируемом объекте;

- трение уплотнения с уплотнительной поверхностью при повороте крышки делает уплотнение ненадежным, не исключается задир прокладки.

Известен затвор камеры приема - запуска (Пат. №2437022 RU, кл. F16L 29/00, от 17/05/2010, опубл. 20.12.2011 г.), включающий корпус, откидную крышку с узлом ее поворота, узел фиксации крышки, выполненный в виде закрепленного на крышке зубчатого сектора с двумя группами зубьев, съемной шестерни, закрепленных на корпусе двух осей для съемной шестерни и поворотного фиксатора. Зубчатый сектор выполнен с выемкой, в которую при закрытом положении крышки упирается поворотный фиксатор. Зубчатый сектор и поворотный фиксатор при закрытом положении крышки соединены съемной планкой, ось поворотного фиксатора соединена с шаровым краном предохранительного устройства. На секторных выступах крышки, входящих в байонетное зацепление с секторными выступами корпуса, выполнены предохранительные канавки, крышка выполнена выпуклой, на теле крышки закреплена ручка.

Недостатки конструкции:

- использование в конструкции предохранительного устройства шарового крана, сблокированного с поворотным фиксатором, неоправданно увеличивает габаритные размеры затвора;

- конструкция уплотнения так же ненадежна, как и в первом аналоге, не исключается задир уплотнительного элемента; отсутствие дублирующего уплотнительного элемента делает соединение ненадежным;

- необходимо приложить большие усилия к рычагу съемной шестерни или установить привод для закрытия - открытия применительно крышек большого диаметра и давления.

Наиболее близким к заявляемому решению является затвор концевой байонетный (Пат. №2418218 RU, кл. F16J 13/16, от 16.10.2009, опубл. 10.05.2011 г.), включающий полый корпус и устанавливаемую на его уплотнительную поверхность крышку, имеющую возможность поворачиваться на оси подшипникового узла, расположенного на откидном рычаге, при этом ось подшипникового узла закреплена на крышке с помощью шаровой опоры, обеспечивающей прилегание уплотнительных поверхностей корпуса и крышки, а также возможность откидываться вместе с указанным рычагом на шарнире, и которая снабжена обеспечивающим сжатие уплотнителя, расположенного в канавке уплотнительной поверхности корпуса, запорным устройством, выполненным в виде байонетного соединения, для чего крышка снабжена выступами, охватываемыми выполненными на корпусе пазами. Для придания крышке осевого перемещения при ее повороте относительно корпуса контактные поверхности указанных элементов байонетного соединения выполнены по винтовой поверхности, соответствующей многозаходной прямоугольной резьбе, а блокировка поворота крышки относительно корпуса, исключающая возможность открытия затвора при наличии в нем давления, осуществляется с помощью фиксатора, приводимого в действие через систему рычагов от рукоятки расположенного на корпусе выпускного крана, при этом поворот крышки после сброса давления осуществляется с помощью ключа-шестерни, устанавливаемого на закрепленные на корпусе оси и взаимодействующего с зубчатым сектором, закрепленным на крышке и разделенным упором на два участка, на первом из которых происходит предварительный поворот и осевое перемещение крышки на величину уступов, выполненных на выступах крышки, а на втором, при перестановке ключа-шестерни на соответствующую второму участку зубчатого сектора другую ось, происходит полный поворот крышки с последующим перемещением на откидывающемся рычаге. Съемный ключ снабжен храповым механизмом.

Недостатки устройства те же, что и в предыдущей конструкции. Кроме того, перестановка ключа-шестерни с первой оси на вторую удлиняет процесс закрытия по времени и делает его небезопасным.

Целью изобретения является разработка затвора, обеспечивающего получение технических результатов, состоящих в том, что описываемый затвор повышает безопасность устройства при требуемой герметичности и эксплуатационной надежности, удобство в работе, долговечность конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в затворе, включающем корпус с фланцем и устанавливаемую на его уплотнительную поверхность крышку с элементами байонетного соединения, выполненными по винтовой поверхности, имеющую возможность поворачиваться на оси подшипникового узла, расположенного на откидном рычаге поворотной опоры, состоящей из шарнирно соединенных кронштейнов, закрепленных на корпусе, уплотнительные элементы, устройство сброса давления внутри системы и блокировки поворота крышки относительно корпуса, механизм перемещения крышки по оси и по окружности, согласно изобретению, с целью исключения провисания крышки и обеспечения точности ее установки и фиксации, она закреплена на откидном рычаге поворотной опоры, через радиально-упорный подшипник, установленный в стакане, закрепленном на крышке затвора, который обеспечивает радиальную и осевую жесткость узла и точность установки и фиксации крышки.

На поворотной опоре крышки установлен червячный редуктор, вал которого соединен через жесткую муфту с валом поворотной опоры. Это делает крышку самотормозящей, позволяет легко открывать и фиксировать ее положение в пространстве в любой отрезок времени при открытии или закрытии крышки, предупреждает ее несанкционированное закрытие во время проведения работ на затворе и повышает безопасность труда обслуживающего персонала.

Байонетное соединение выполнено в виде выступов - зубьев на одном из элементов соединения, закругленных на заданный радиус, входящих во впадины другого элемента, совмещенных и прижимаемых друг к другу при повороте вокруг оси одного из них относительно другого.

Количество зубьев устанавливается конструктивно, исходя из свойств материала, заданных толщины, давления и диаметра затвора.

Закругление профиля зуба уменьшает площадь смятия и увеличивает площадь среза, а следовательно, уменьшает концентрацию напряжений. Такой подход к выбору зубьев обеспечивает надежность соединения по сравнению с прототипом и делает более рациональными затраты на изготовление.

Механизм перемещения крышки по оси и по окружности выполнен в виде ходового винта (далее винт) с ручным и (или) механизированным (на большие диаметры затвора) управлением. Винт закреплен на двух опорах на корпусе затвора. На винте установлена траверса с бобышкой и ходовая гайка. На крышке затвора жестко закреплена вилка таким образом, что бобышка траверсы располагается между пальцами вилки. При вращении винта ходовая гайка вместе с траверсой перемещается вдоль винта, бобышка давит на один из пальцев вилки и последняя поворачивает крышку относительно корпуса в ту или иную сторону на определенный угол. Угол поворота крышки относительно корпуса регулируется ограничителями, предусмотренными на фланце корпуса. Такая конструкция позволяет надежно фиксировать положение крышки в корпусе, повышает безопасность труда обслуживающего персонала.

Поскольку работоспособность байонетного затвора в значительной степени зависит от надежности уплотняющих устройств, то в предлагаемой конструкции герметичность затвора достигается с помощью спаренных уплотнительных элементов, в виде кольца и манжеты, установленных в кольцевые пазы крышки, а не корпуса. Это предохраняет их от задевания при запасовке и извлечении различных средств в полость и из полости оборудования и др. и предотвращает смещение уплотнительных элементов из пазов при закрытии или открытии затвора. Кроме того, такая конструкция уплотнения обеспечивает надежность герметичности затвора и при некотором износе не только уплотнительных элементов, но и уплотняемых поверхностей.

Блокировка поворота крышки относительно корпуса осуществляется устройством, выполненным в виде стопора, один конец которого введен через стенку корпуса в один из его пазов, а второй конец закреплен посредством кронштейна на винте со штурвалом, установленным в сквозном канале стенки корпуса затвора, служащим для сброса давления из изделия. Канал оканчивается втулкой с коническим отверстием, подобно игольчатому вентилю, а торец винта, находящийся в канале сброса давления, оканчивается коническим наконечником с уплотнительным элементом, который, входя в коническое отверстие втулки или выходя из него, открывает или закрывает полость затвора. Таким образом, устройство одновременно решает две задачи: блокирует поворот крышки относительно корпуса, когда затвор находится под давлением, и делает безопасным процесс сброса давления в момент разблокирования крышки перед открытием затвора.

Для исключения попадания различных осадков и пыли в полость затвора, несанкционированного доступа посторонних лиц к управлению затвором, предусмотрен защитный кожух, выполненный диаметром, большим наружного диаметра фланца патрубка затвора, установленный на корпусе затвора на шарнирах, который открывается и, соответственно, закрывается последовательно с крышкой ручным и (или) механизированным (на большие диаметры затвора) управлением. Таким образом, затвор имеет пять степеней защиты.

На фиг.1 изображен общий вид затвора, на фиг.2 - общий вид затвора с разблокированной крышкой, вид сверху, на фиг.3 - общий вид затвора с крышкой, заблокированной стопором, вид сверху; на фиг.4 - механизм блокирования поворота крышки и сброса давления.

Байонетный затвор включает полый корпус 1 (фиг.1) с фланцем, который имеет элементы байонетного соединения 2 (фиг.2), расположенные по окружности, и крышку 3 (фиг.1) с элементами байонетного соединения 4 (фиг.1), по количеству равными элементам байонетного соединения 2 фланца корпуса 1 и представляющими собой многозаходную резьбу. Крышка 3 закреплена на откидном рычаге 5 поворотной опоры 6 через радиально-упорный подшипник 7, установленный в стакане, закрепленном на крышке 3 (фиг.1). Поворотная опора 6 представляет собой шарнирное соединение, выполненное в виде вала 8, установленного в отверстиях кронштейнов 9, закрепленных с наружной стороны корпуса 1 (фиг.3). Для открытия/закрытия крышки затвора небольшого диаметра на ней предусмотрена скоба для ручного открытия, а при большом диаметре вал 8 соединяется с приводом через червячный редуктор 10 (фиг.2).

Элементы байонетного соединения 4 выполнены с радиусами закругления, заданными конструктивными расчетами.

Уплотнительные элементы 11 и 12 представляют собой кольцо и манжету, соответственно, и установлены в кольцевые пазы на уплотнительной поверхности крышки 3 (фиг.4).

Механизм перемещения крышки по окружности и одновременно в осевом направлении по винтовой линии выполнен в виде ходового винта 13, спаренного с ручным и механизированным приводом (на фиг. не показаны). Ходовой винт 13 закреплен в опорах 14 на корпусе 1 затвора. На ходовом винте 13 установлена траверса 15 с бобышкой и ходовая гайка 16, а на крышке 3 затвора жестко закреплена вилка 17 с пальцами.

Ограничители 18 и 19 на фланце корпуса 1 регулируют угол поворота крышки 3 при ее открытии или закрытии.

Дополнительное блокирование поворота крышки 3 относительно корпуса 1 осуществляется стопором 20, закрепленным через кронштейн 21 и гайку с правой резьбой 22 на винте 23 с наконечником в виде усеченного конуса 24 с одного конца и штурвалом с другого конца (штурвал условно снят). Винт 23 установлен в сквозном канале 25 корпуса 1 затвора через втулку 26 с левой резьбой, закрепленную на внешней поверхности корпуса 1 затвора для обеспечения направления движения винта 23, при этом в теле корпуса 1 установлена втулка 27 с коническим отверстием, конус которого соответствует конусу наконечника винта 23. Конусность выбирается расчетным путем, исходя из условия предотвращения выхода транспортируемой среды и изоляции полости затвора от атмосферы в закрытом состоянии затвора и возможности сброса давления перед открытием затвора. Защитный кожух 28 (фиг.1) установлен на корпусе 1 на шарнирах с возможностью его фиксации в закрытом состоянии замком.

Закрытие/открытие затвора осуществляется следующим образом.

При закрывании затвора крышка 3 с помощью откидного рычага 5 поворотной опоры 6 вручную при помощи скобы или при помощи редуктора (при большом диаметре затвора) поворачивается вокруг вала 8, установленного в отверстиях кронштейнов 9, до контакта с уплотнительной поверхностью корпуса 1. При этом элементы байонетного соединения 4 крышки 3 свободно размещаются в пазах между элементами байонетного соединения 2 корпуса 1, а радиально-упорный подшипник 7 обеспечивает радиальную и осевую жесткость узла и точность установки и фиксации крышки 3 на уплотнительной поверхности корпуса 1.

При вращении ходового винта 13 ходовая гайка 16 вместе с траверсой 15 перемещается вдоль ходового винта 13, при этом бобышка траверсы 15 упирается в палец вилки 17, перемещая вилку 17 и поворачивая крышку 3, придавая ей осевое движение по линии многозаходной резьбы по окружности на угол, равный половине шага элементов байонетного соединения крышки 4 для поджатия уплотнительных элементов 11 и 12 и окончательного зажима крышки 3. При этом элементы байонетного зацепления 2 и 4 входят в зацепление, обеспечивая надежное соединение крышки 3 с корпусом 1. Угол поворота крышки 3 регулируется ограничителем 19. Таким образом, разъемное соединение двух деталей получается путем осевого перемещения элементов байонетного соединения крышки по пазам корпуса и относительного поворота крышки при окончательном зажиме.

Вращая штурвал винта 23, перекрывают его коническим наконечником 24 коническое отверстие втулки 27, изолируя полость затвора от атмосферы. Одновременно с этим стопор 20 с гайкой 22 передвигается по винту 23, входит в паз между элементами байонетного соединения 2 корпуса 1, исключая поворот крышки 3 по окружности при наличии давления внутри затвора. Закрывают крышку 3 кожухом 28, фиксируют замком.

Открытие затвора осуществляется в обратной последовательности. Открывают кожух 28. Вращая штурвалом винт 23, открывают коническое отверстие втулки 27, осуществляя сброс давления в затворе. При этом стопор 20 выходит из паза корпуса 1, утапливается в стенку затвора и освобождает крышку 3. Вращая ходовой винт 13 в обратном направлении, выводят из зацепления элементы байонетного зацепления 2 и 4 корпуса и крышки, соответственно. Угол поворота крышки относительно корпуса регулируется ограничителем 18. С помощью поворотно-откидной опоры 6 открывают крышку 3.